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JP2002077735A - Solid-state image pickup element and image pickup device - Google Patents

Solid-state image pickup element and image pickup device

Info

Publication number
JP2002077735A
JP2002077735A JP2000259493A JP2000259493A JP2002077735A JP 2002077735 A JP2002077735 A JP 2002077735A JP 2000259493 A JP2000259493 A JP 2000259493A JP 2000259493 A JP2000259493 A JP 2000259493A JP 2002077735 A JP2002077735 A JP 2002077735A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
solid
image pickup
imaging device
state imaging
pixel array
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000259493A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hideaki Yoshida
英明 吉田
Junzo Sakurai
順三 桜井
Takayuki Kijima
貴行 木島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Optical Co Ltd filed Critical Olympus Optical Co Ltd
Priority to JP2000259493A priority Critical patent/JP2002077735A/en
Publication of JP2002077735A publication Critical patent/JP2002077735A/en
Pending legal-status Critical Current

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Landscapes

  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize blooming characteristic measurement, etc., with a single image pickup device without receiving influence from discrimination error caused by the flare in an optical system. SOLUTION: In the two-dimensional pixel array of a CCD image pickup element 105, an optical black(OB) area is provided. In order to make the various characteristics of the image pickup element 105 measurable, a dummy white section is installed on a partial line of the OB region. The dummy white section is a pixel raw which can read out accumulated charges without inputting light and each pixel is connected with a current source for injecting charges. A system controller 112 can detect the influence of leakage charges from the dummy white section by evaluating the output signal from the OB area. Therefore, the image pickup device can easily measure blooming characteristics without inputting light.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はCCD等の固体撮像
素子およびそれを用いて被写体像の撮像を行なう撮像装
置に関する。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a solid-state image sensor such as a CCD and an image pickup apparatus for picking up a subject image using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】CCD等の固体撮像素子を使用した撮像
装置は広く使用されている。一方で、固体撮像素子には
一般に画素欠陥があったり、また暗電流やスミア、ブル
ーミングや転送不良による混色などといった疑似信号を
生じたりする場合があり、これらを生じにくいように駆
動条件を管理したり、あるいは生じた疑似信号を補正す
る技術の採用により実質性能を向上させることによって
低コストでの実用を可能としている。
2. Description of the Related Art Imaging devices using solid-state imaging devices such as CCDs are widely used. On the other hand, a solid-state image sensor generally has pixel defects, and may generate false signals such as dark current, smear, color mixing due to blooming or transfer failure, and the driving conditions are managed so that these are unlikely to occur. By improving the performance substantially by adopting a technique for correcting the generated pseudo signal or the pseudo signal, practical use can be realized at low cost.

【0003】このような技術の代表的な例としては撮像
素子に設けられたOB(オプティカルブラック=光学的
黒)がある。すなわち光電変換領域における画素の一部
に遮光部を設け常に光電荷0の画素とすることで暗電荷
レベルを検出し、その検出した暗電荷レベルをOB以外
の通常の光感応画素信号出力から減じることにより、光
電荷蓄積部の暗電流の影響を補正するものである。前述
の減算は通例クランプ回路によって行なわれるため、O
Bクランプと称される。
A typical example of such a technique is an OB (optical black = optical black) provided in an image sensor. That is, a light-shielding portion is provided in a part of the pixel in the photoelectric conversion region, and the dark charge level is detected by always setting the pixel to have a photoelectric charge of 0, and the detected dark charge level is reduced from the normal photosensitive pixel signal output other than OB. This corrects the effect of the dark current of the photocharge storage unit. Since the above-described subtraction is usually performed by a clamp circuit, O
It is called B clamp.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】撮像素子にOBを設け
上記OBクランプを行なうことによって暗電流の補正は
可能になるが、これでは解決できない他の問題が存在し
ている。一例を挙げれば画素におけるクリップレベル
(=飽和レベル)の最適設定がある。
The dark current can be corrected by providing an OB in the image pickup device and performing the OB clamp, but there is another problem which cannot be solved by this. For example, there is an optimal setting of a clip level (= saturation level) in a pixel.

【0005】光電変換部の飽和レベルとは換言すればこ
の蓄積部のオーバーフローレベルであって、これを超え
る光電荷が発生してもオーバーフロードレインに排出さ
れてしまい蓄積されない。このような仕組みは、過剰電
荷の溢れによる画質劣化=ブルーミングを防止するため
に設けられたものであり、オーバーフローレベルOFL
は後述する基板バイアス電圧VSUBの設定値によって
可変できるが、OFLを高くしすぎるとブルーミングが
発生し易くなるため、通常はブルーミング特性上の許容
限界の範囲でなるべく高くなるように設定されるもので
ある。
[0005] In other words, the saturation level of the photoelectric conversion unit is the overflow level of the storage unit, and even if a photoelectric charge exceeding this level is generated, it is discharged to the overflow drain and is not accumulated. Such a mechanism is provided in order to prevent the image quality deterioration due to the overflow of the excess electric charges = blooming, and the overflow level OFL is provided.
Can be varied by a set value of a substrate bias voltage VSUB described later. However, if the OFL is too high, blooming tends to occur. Therefore, the OFL is usually set to be as high as possible within an allowable limit of blooming characteristics. is there.

【0006】そしてこのブルーミング特性上の許容限界
を判定するためには、従来は撮像素子に実際に光を入射
させる必要があった。例えばスポット状の輝点チャート
を撮影し、周辺の暗黒部に出力が漏れ込まないかどうか
をチェックする方法などが使用されていた。これはそれ
自体特殊なセッティングを必要とする時間のかかる工程
である点が問題であり、従ってまた、ユーザーが使用し
ている環境で例えば電源投入直後に実行するカメラの自
己診断機能に取り込んだりすることもできないものであ
った。さらに、使用する光学系によってはフレアを生じ
るためこれによる誤判定の危険もあった。
In order to determine the permissible limit on the blooming characteristics, it has conventionally been necessary to actually make light incident on the image sensor. For example, a method has been used in which a spot-shaped bright spot chart is photographed, and whether or not the output does not leak into the surrounding dark area is used. The problem is that this is a time-consuming process that itself requires special settings, and therefore also incorporates into the user's environment, for example, a camera self-diagnosis function that runs immediately after power on. I couldn't do anything. Furthermore, there is a risk of erroneous determination due to flare depending on the optical system used.

【0007】本発明は上述の事情を考慮してなされたみ
のであり、その目的とするところは、光入力を必要とせ
ず各種特性が容易に評価できる、従って例えば光学系の
フレアの影響による誤判定のおそれも無く撮像装置単体
でのブルーミング特性測定等を行なうことが可能となる
固体撮像素子およびこれを用いた撮像装置を提供するこ
とにある。
The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and has as its object to easily evaluate various characteristics without requiring an optical input. Therefore, for example, an error caused by the influence of a flare of an optical system. An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device capable of performing blooming characteristic measurement or the like with an imaging device alone without fear of determination and an imaging device using the same.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、本発明の固体撮像素子は、被写体像を光電変換する
ための光電変換領域における画素として構成された電荷
蓄積部を2次元に配列した2次元画素配列と、前記2次
元画素配列に蓄積された電荷を読み出す撮像信号読み出
し手段と、前記2次元画素配列のうち少なくとも一部に
割り当てられた画素部であって、当該画素の電荷蓄積部
に光電荷入力が無い状態においても有意の電荷を入力す
る電流源手段を有したダミーホワイト部とを具備するこ
とを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, a solid-state image pickup device according to the present invention has a two-dimensionally arranged charge storage section configured as a pixel in a photoelectric conversion region for photoelectrically converting a subject image. A two-dimensional pixel array, an imaging signal readout unit that reads out charges stored in the two-dimensional pixel array, and a pixel unit assigned to at least a part of the two-dimensional pixel array. A dummy white portion having current source means for inputting a significant charge even when there is no photocharge input to the portion.

【0009】このように2次元画素配列の一部に電流源
手段を有したダミーホワイト部を設けることにより、光
を与えることなく所定の画素電荷を得ることができるの
で、各種特性を容易に評価することができる。
By providing a dummy white portion having a current source means in a part of the two-dimensional pixel array, a predetermined pixel charge can be obtained without giving light, so that various characteristics can be easily evaluated. can do.

【0010】また、前記ダミーホワイト部は、2次元画
素配列内のオプティカルブラックOB(光学的黒)領域
に隣接して設けることが好ましい。これにより、OB領
域からの出力信号を評価するだけで、ダミーホワイト部
からの電荷の漏れの影響を検出することができるので、
光を与えることなくブルーミング特性を容易に測定する
ことが可能となる。
Preferably, the dummy white portion is provided adjacent to an optical black OB (optical black) region in a two-dimensional pixel array. As a result, it is possible to detect the influence of the leakage of the electric charge from the dummy white portion only by evaluating the output signal from the OB region.
The blooming characteristics can be easily measured without giving light.

【0011】また、前記ダミーホワイト部は、前記2次
元画素配列の端部に設けることが望ましい。これにより
電流源手段の配置を極めて容易に実現することが可能と
なる。
It is preferable that the dummy white portion is provided at an end of the two-dimensional pixel array. Thereby, the arrangement of the current source means can be realized very easily.

【0012】また、本発明は、請求項1乃至3のいずれ
か1項記載の固体撮像素子を備え、前記固体撮像素子を
用いて被写体像の撮像を行なう撮像装置であって、前記
固体撮像素子の前記ダミーホワイト部からの出力信号に
基づいて、前記固体撮像素子の光電変換領域の飽和レベ
ルを検出する飽和レベル検出手段を具備することを特徴
とする。このように、ダミーホワイト部からの出力信号
を用いて飽和レベルを検出する手段を撮像装置内に設け
ることにより、光を与えることなく撮像装置単体で飽和
レベルの検出が可能となり、画素のクリップレベルの最
適設定等を容易に実現することができる。
Further, the present invention is an image pickup apparatus comprising the solid-state image pickup device according to any one of claims 1 to 3, wherein the solid-state image pickup device picks up a subject image using the solid-state image pickup device. And a saturation level detecting means for detecting a saturation level of a photoelectric conversion region of the solid-state imaging device based on an output signal from the dummy white portion. As described above, by providing a means for detecting the saturation level using the output signal from the dummy white portion in the imaging device, the saturation level can be detected by the imaging device alone without giving light, and the clip level of the pixel can be detected. Can be easily realized.

【0013】ダミーホワイト部が2次元画素配列内のオ
プティカルブラックOB(光学的黒)領域に隣接して設
けられている請求項2の固体撮像素子を使用する撮像装
置においては、ダミーホワイト部に隣接するオプティカ
ルブラックOB(光学的黒)領域からの出力信号に基づ
いて、前記固体撮像素子のオーバーフローレベルを設定
する手段を設けることが好ましい。この構成により、光
を与えることなく撮像装置単体で固体撮像素子のオーバ
ーフローレベルの設定を行なうことが可能となる。
The image pickup apparatus using a solid-state image pickup device according to claim 2, wherein the dummy white portion is provided adjacent to an optical black OB (optical black) region in the two-dimensional pixel array. It is preferable to provide a means for setting an overflow level of the solid-state imaging device based on an output signal from an optical black OB (optical black) region. With this configuration, it is possible to set the overflow level of the solid-state imaging device with the imaging device alone without giving light.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を説明する。図1には、本発明の一実施形態に係
わる撮像装置の構成が示されている。ここでは、デジタ
ルカメラとして実現した場合を例示して説明することに
する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a configuration of an imaging device according to an embodiment of the present invention. Here, a case where the present invention is implemented as a digital camera will be described as an example.

【0015】図中101は各種レンズからなる撮像レン
ズ系、102はレンズ系101を駆動するためのレンズ
駆動機構、103はレンズ系101の絞りを制御するた
めの露出制御機構、104はローパスおよび赤外カット
用の光学フィルタ、105は色フィルタを内蔵したCC
Dカラー撮像素子、106は撮像素子105を駆動する
ためのCCDドライバ、107はA/D変換器等を含む
プリプロセス回路、108は色信号生成処理,マトリッ
クス変換処理,その他各種のデジタル処理を行なうため
のデジタルプロセス回路、109はカードインターフェ
ース、110は撮影画像を記録するためのメモリカー
ド、111はLCD画像表示系を示している。
In FIG. 1, reference numeral 101 denotes an imaging lens system including various lenses; 102, a lens driving mechanism for driving the lens system 101; 103, an exposure control mechanism for controlling the aperture of the lens system 101; Optical filter for outer cut, 105 is CC with built-in color filter
D-color image sensor, 106 a CCD driver for driving the image sensor 105, 107 a pre-processing circuit including an A / D converter, and 108 a color signal generation process, a matrix conversion process, and various other digital processes. A digital interface circuit 109; a card interface 110; a memory card 110 for recording a captured image; and 111 an LCD image display system.

【0016】また、図中の112は各部を統括的に制御
するためのシステムコントローラ(CPU)、113は
各種SWからなる操作スイッチ系、114は操作状態及
びモード状態等を表示するための操作表示系、115は
レンズ駆動機構102を制御するためのレンズドライ
バ、116は発光手段としてのストロボ、117は露出
制御機構103およびストロボ116を制御するための
露出制御ドライバ、118は各種設定情報等を記憶する
ための不揮発性メモリ(EEPROM)を示している。
Further, in the figure, reference numeral 112 denotes a system controller (CPU) for comprehensively controlling each unit, 113 denotes an operation switch system including various SWs, and 114 denotes an operation display for displaying an operation state, a mode state, and the like. System, 115 is a lens driver for controlling the lens driving mechanism 102, 116 is a strobe as light emitting means, 117 is an exposure control driver for controlling the exposure control mechanism 103 and the strobe 116, and 118 is various kinds of setting information and the like. 1 shows a non-volatile memory (EEPROM) for performing the operation.

【0017】本実施形態のデジタルカメラにおいては、
システムコントローラ112が全ての制御を統括的に行
っており、CCDドライバ106によりCCD撮像素子
105の駆動を制御して露光(電荷蓄積)及び信号の読
み出しを行い、それをプリプロセス回路107を介して
ディジタルプロセス回路108に取込んで記録用の画像
信号を生成した後にカードインターフェース109を介
してメモリカード110に記録するようになっている。
In the digital camera of the present embodiment,
The system controller 112 performs overall control, and controls the driving of the CCD image pickup device 105 by the CCD driver 106 to perform exposure (charge accumulation) and signal readout. After the image signal is taken into the digital process circuit 108 to generate an image signal for recording, the image signal is recorded on the memory card 110 via the card interface 109.

【0018】CCD撮像素子105としては、縦型オー
バーフロードレイン(VOFD)構造のインターライン
型CCDなどが用いられる。このCCD撮像素子105
の駆動制御は、CCDドライバ106から出力される各
種駆動信号(電荷移送パルスTGP、垂直駆動パルス、
水平駆動パルス、基板電圧VSUB、等)を用いて行わ
れる。基板電圧VSUBは電荷蓄積部の最大電荷蓄積レ
ベル(オーバーフローレベルOFL)を決定するための
基板バイアス電圧であり、またこのVSUBは、ここに
大きな値のパルス(SBP)を重畳することにより基板
への全電荷強制排出にも用いられる。VSUBの可変設
定は、CCDドライバ106に設けられたVSUB可変
設定回路106aによって行われる。VSUB可変設定
回路106aは、システムコントローラ112の制御の
下にVSUBの値を可変設定することによってオーバー
フローレベルOFLを設定するためのものであり、例え
ばD/Aコンバータとバッファアンプから構成されてい
る。
As the CCD image pickup device 105, an interline type CCD having a vertical overflow drain (VOFD) structure or the like is used. This CCD image sensor 105
Is controlled by various drive signals (charge transfer pulse TGP, vertical drive pulse,
Horizontal driving pulse, substrate voltage VSUB, etc.). The substrate voltage VSUB is a substrate bias voltage for determining the maximum charge accumulation level (overflow level OFL) of the charge accumulation section, and this VSUB is applied to the substrate by superimposing a large value pulse (SBP) on the substrate. It is also used for forced discharge of all charges. The VSUB variable setting is performed by a VSUB variable setting circuit 106a provided in the CCD driver 106. The VSUB variable setting circuit 106a is for setting the overflow level OFL by variably setting the value of VSUB under the control of the system controller 112, and includes, for example, a D / A converter and a buffer amplifier.

【0019】CCD撮像素子105の2次元画素配列に
は、前述のオプティカルブラックOB(光学的黒)領域
が設けられている。さらに、本実施形態においては、C
CD撮像素子105の各種特性を測定できるようにする
ために、OB領域の一部のラインにダミーホワイト部が
設けられている。このダミーホワイト部は光入力無しで
蓄積電荷を読み出すことが可能な画素列であり、当該各
画素には電荷注入のための電流源が接続されている。ま
た、CCD撮像素子105の特性測定を本デジタルカメ
ラの自己診断機能等に組み込んで実現できるようにする
ために、システムコントローラ112には、飽和レベル
検出部112aおよびオーバーフローレベル設定部11
2bが設けられている。
The two-dimensional pixel array of the CCD image pickup device 105 is provided with the above-described optical black OB (optical black) area. Further, in the present embodiment, C
In order to measure various characteristics of the CD imaging device 105, a dummy white portion is provided in a part of the line of the OB area. The dummy white portion is a pixel row from which stored charges can be read without light input, and a current source for charge injection is connected to each pixel. The system controller 112 includes a saturation level detection unit 112a and an overflow level setting unit 11 so that the characteristic measurement of the CCD image pickup device 105 can be realized by being incorporated into the self-diagnosis function of the digital camera.
2b is provided.

【0020】飽和レベル検出部112aは、ダミーホワ
イト部から読み出された出力信号に基づいてCCD撮像
素子105の光電変換領域の飽和レベルを検出するため
のものであり、これにより各画素からの撮像信号のクリ
ップレベルが設定される。オーバーフローレベル設定部
112bは、CCD撮像素子105の各電荷蓄積部のオ
ーバーフローレベルOFLをVSUB可変設定回路10
6aを用いて最適設定するためのものであり、ブルーミ
ング特性上の許容限界の範囲でなるべくオーバーフロー
レベルOFLが高くなるように、ダミーホワイト部に隣
接するOB領域から読み出された出力信号に基づいてオ
ーバーフローレベルOFLの最適値を決定する。
The saturation level detector 112a is for detecting the saturation level of the photoelectric conversion area of the CCD image sensor 105 based on the output signal read from the dummy white portion. The clip level of the signal is set. The overflow level setting unit 112b sets the overflow level OFL of each charge storage unit of the CCD image sensor 105 to the VSUB variable setting circuit 10
6a, based on the output signal read from the OB area adjacent to the dummy white portion so that the overflow level OFL is as high as possible within the allowable limit of the blooming characteristic. The optimum value of the overflow level OFL is determined.

【0021】図2には、CCD撮像素子105の構造が
模式的に示されている。CCD撮像素子105は、図示
のように、光電変換領域(電荷蓄積部)を含む複数の画
素PXL(PD)を2次元に配列した2次元画素配列を
有している。2次元画素配列の一端部側には水平転送路
(HCCD)が設けられ、また各垂直方向の画素配列毎
に垂直転送路(VCCD)が設けられている。電荷移送
パルスTGPが出力されると、各画素(PXL)の電荷
蓄積部と対応する垂直電荷転送路(VCCD)との間に
設けられた転送ゲートが開き、各電荷蓄積部から対応す
る垂直電荷転送路(VCCD)に電荷が移送される。そ
して、垂直電荷転送路(VCCD)および水平転送路
(HCCD)の転送駆動により、2次元画素配列に蓄積
された電荷が出力アンプ(フローティングディフュージ
ョンアンプFDA:Floating Diffusion Amplifier)を
通して読み出される。
FIG. 2 schematically shows the structure of the CCD image pickup device 105. As shown, the CCD image sensor 105 has a two-dimensional pixel array in which a plurality of pixels PXL (PD) including a photoelectric conversion region (charge storage unit) are two-dimensionally arranged. A horizontal transfer path (HCCD) is provided at one end of the two-dimensional pixel array, and a vertical transfer path (VCCD) is provided for each vertical pixel array. When the charge transfer pulse TGP is output, a transfer gate provided between the charge storage portion of each pixel (PXL) and the corresponding vertical charge transfer path (VCCD) opens, and the corresponding vertical charge is transferred from each charge storage portion. The charge is transferred to the transfer path (VCCD). Then, by the transfer driving of the vertical charge transfer path (VCCD) and the horizontal transfer path (HCCD), the charges accumulated in the two-dimensional pixel array are read out through an output amplifier (floating diffusion amplifier FDA: Floating Diffusion Amplifier).

【0022】2次元画素配列において、水平転送路(H
CCD)に対して反対側の12ラインは画素(PXL)
も含めて完全に遮光されており、垂直オプティカルブラ
ックVOB(光学的黒)領域を形成している。VOB領
域の内、一番外側の1ラインにおける斜線で示す画素
(PXL)には定電流源が接続されており、ダミーホワ
イト部を形成している(結果VOBは11ライン)。こ
のようにダミーホワイト部を2次元画素配列の端部に設
けるのは、電流源回路の配置を極めて容易にするためで
ある。
In the two-dimensional pixel array, the horizontal transfer path (H
12 lines on the opposite side of the CCD) are pixels (PXL)
Are completely shielded from light, and form a vertical optical black VOB (optical black) region. In the VOB area, a constant current source is connected to the hatched pixel (PXL) in the outermost one line to form a dummy white portion (resulting in 11 VOB lines). The reason why the dummy white portion is provided at the end of the two-dimensional pixel array is to make the arrangement of the current source circuit extremely easy.

【0023】図3には、本実施形態の撮像素子105と
して利用される、縦型オーバーフロードレイン構造のイ
ンターライン型CCDの断面構造が示されている。n型
半導体基板400は接合の浅いPウェルの第1領域40
1と接合の深いPウェルの第2領域402とで形成され
ている。第1領域401の接合n型領域が形成された領
域部分はフォトダイオード(PD)兼電荷蓄積部からな
る光電変換領域403であり、画素(PXL)として機
能する。
FIG. 3 shows a cross-sectional structure of an interline CCD having a vertical overflow drain structure, which is used as the image sensor 105 of the present embodiment. The n-type semiconductor substrate 400 has a first region 40 of a P-well having a shallow junction.
1 and a second region 402 of a P well having a deep junction. A portion of the first region 401 where the junction n-type region is formed is a photoelectric conversion region 403 including a photodiode (PD) and a charge storage portion, and functions as a pixel (PXL).

【0024】第2領域402には埋込みチャネル404
からなる垂直シフトレジスタ即ち垂直転送路(VCC
D)用の転送電極405が形成される。その主面には絶
縁層406を介して金属層409が配置されている。光
電変換領域403と埋込みチャネル404は高いp型不
純物層からなるチャネルストップ領域407によって分
離されている。
A buried channel 404 is provided in the second region 402.
Vertical shift register, ie, vertical transfer path (VCC
A transfer electrode 405 for D) is formed. On its main surface, a metal layer 409 is arranged via an insulating layer 406. The photoelectric conversion region 403 and the buried channel 404 are separated by a channel stop region 407 made of a high p-type impurity layer.

【0025】また光電変換領域403と対応する埋込み
チャネル404との間にはトランスファーゲート(T
G)領域408が配置されている。さらに、光電変換領
域403以外は金属層409で遮光されている。なお、
VOB領域およびダミーホワイト部については光電変換
領域403も含めて完全に遮光されている。
A transfer gate (T) is provided between the photoelectric conversion region 403 and the corresponding buried channel 404.
G) A region 408 is arranged. Further, the area other than the photoelectric conversion region 403 is shielded from light by the metal layer 409. In addition,
The VOB region and the dummy white portion are completely shielded from light including the photoelectric conversion region 403.

【0026】ブルーミング抑制はN型半導体基板400
と、Pウェルの第1領域401及び第2領域402との
接合に逆バイアス電圧である基板バイアス電圧VSUB
411を印加し、光電変換領域403直下のPウェルの
第1領域401を完全に空乏化(空乏層化)することに
より実現される。この場合、光電変換領域の蓄積容量に
は光電子(負電荷)が蓄積されて電位が下がって(負で
大きくなって)、VSUB値に対応した一定レベル(O
FL)を超える部分についてはポテンシャル障壁を超え
て基板400に掃出される。従ってOFLはVSUBに
よって可変調節できる。またVSUBに通常よりも大き
な値のパルス(SBP)を与えることによって、光電変
換領域の蓄積容量に蓄積されている光電子は全て基板に
排出される(全電荷強制排出)。
The blooming is suppressed by the N-type semiconductor substrate 400.
Bias voltage VSUB, which is a reverse bias voltage, at the junction between the first region 401 and the second region 402 of the P-well.
411 is applied to completely deplete the first region 401 of the P well immediately below the photoelectric conversion region 403 (depletion layer formation). In this case, photoelectrons (negative charges) are stored in the storage capacitor of the photoelectric conversion region, and the potential decreases (increases in negative), and a certain level (O) corresponding to the VSUB value is obtained.
The portion exceeding FL) is swept out to the substrate 400 over the potential barrier. Thus, OFL can be variably adjusted by VSUB. By applying a pulse (SBP) having a larger value than usual to VSUB, all the photoelectrons stored in the storage capacitor of the photoelectric conversion region are discharged to the substrate (forcible discharge of all charges).

【0027】図4(a),(b)は、ダミーホワイト部
の画素構造とそれ以外の部分の画素構造をそれぞれ回路
図的に表現したものである。図4(a)に示すように、
ダミーホワイト部の画素(PXL)においては定電流源
ISが接続されており、他の点については図4(b)に
示す他の部分の画素構造と同じである。ダミーホワイト
部の画素(PXL)については、定電流源ISの働きに
より、遮光状態であるにも拘わらず一定の電荷(負電
荷)が蓄積されることになる。
FIGS. 4A and 4B are circuit diagrams respectively showing the pixel structure of the dummy white portion and the pixel structure of the other portion. As shown in FIG.
The constant current source IS is connected to the pixel (PXL) in the dummy white portion, and the other points are the same as the pixel structure of the other portion shown in FIG. Regarding the pixel (PXL) in the dummy white portion, a constant charge (negative charge) is accumulated by the action of the constant current source IS even in the light-shielded state.

【0028】なお、図4(a),(b)において、例え
ばOFLの電池記号およびダイオード記号は図3で説明
したポテンシャル障壁の作用を示したに過ぎず、回路素
子が実在する訳では無い。その意味で、図4は図3の断
面構造の等価回路ではないが、作用的にはそれに準ずる
ものである。また、図4において画素(PXL)のCP
は上記光電変換領域の蓄積容量を示し、CVは各画素
(PXL)に対応する垂直転送路(VCCD)の容量を
示している。
In FIGS. 4A and 4B, for example, the symbol of the battery of OFL and the symbol of the diode merely indicate the function of the potential barrier described in FIG. 3, and the circuit element does not actually exist. In that sense, FIG. 4 is not an equivalent circuit of the cross-sectional structure of FIG. 3, but it is functionally equivalent thereto. In FIG. 4, the CP of the pixel (PXL)
Indicates the storage capacity of the photoelectric conversion area, and CV indicates the capacity of the vertical transfer path (VCCD) corresponding to each pixel (PXL).

【0029】ダミーホワイト部の定電流源ISとして
は、図5に示すような公知のカレントミラー回路を使用
することができる。上述のとおり、CCDの電荷担体は
電子(負電荷)であるため、負極性(電流吸い込み)の
回路となっているが、電荷担体が正電荷の場合は正極性
回路を採用すれば良いことは言うまでも無い。以下では
簡単のため、特に負電荷ということは省略して、単に電
荷または電流の供給と表現する。
As the constant current source IS in the dummy white portion, a known current mirror circuit as shown in FIG. 5 can be used. As described above, since the charge carriers of the CCD are electrons (negative charges), the circuit has a negative polarity (sinks current). However, if the charge carriers are positive charges, a positive polarity circuit may be employed. Needless to say. In the following, for simplicity, negative charge is omitted, and is simply referred to as charge or current supply.

【0030】図5のカレントミラー回路においては、一
次側のNPNトランジスタQ1と同じベース電流が二次
側の各NPNトランジスタQ2〜Qn+1のベースに流
れることにより、二次側の各NPNトランジスタQ2〜
Qn+1のコレクタ電流を一次側のNPNトランジスタ
Q1のコレクタ電流と等しくすることができる。二次側
のNPNトランジスタQ2〜Qn+1のコレクタをそれ
ぞれダミーホワイト部の1ラインの画素に接続すること
により、それら1ラインの全画素に等しい電流が供給さ
れる。
In the current mirror circuit of FIG. 5, the same base current as that of the NPN transistor Q1 on the primary side flows through the bases of the NPN transistors Q2 to Qn + 1 on the secondary side, so that the NPN transistors Q2 to Q2 on the secondary side
The collector current of Qn + 1 can be made equal to the collector current of NPN transistor Q1 on the primary side. By connecting the collectors of the NPN transistors Q2 to Qn + 1 on the secondary side to the pixels of one line of the dummy white portion, the same current is supplied to all the pixels of the one line.

【0031】次に、以上の構造を有するCCD撮像素子
105のクリップレベル(=飽和レベル)の設定動作に
ついて説明する。まず、システムコントローラ112の
制御の下、CCD撮像素子105からの画素電荷の信号
読み出しが行われる。この場合、SBP出力からTGP
出力までの期間で決まる蓄積時間(ダミーホワイト部へ
の電流入力時間)は定電流源ISの定電流iによって十
分飽和する時間に選ばれる。
Next, the operation of setting the clip level (= saturation level) of the CCD image pickup device 105 having the above structure will be described. First, under the control of the system controller 112, a signal readout of pixel charges from the CCD image pickup device 105 is performed. In this case, the TBP
The accumulation time (current input time to the dummy white portion) determined by the period up to the output is selected as a time that is sufficiently saturated by the constant current i of the constant current source IS.

【0032】各画素からの読み出し信号はA/D変換器
を介してディジタルプロセス108に取り込まれる。シ
ステムコントローラ112は、ディジタルプロセス10
8に取り込まれたダミーホワイト部からの出力信号(D
W出力)の解析を飽和レベル検出部112aを用いて行
い、これにより飽和レベル(=クリッピングレベル)を
決定する。なお、飽和レベルに対応する蓄積時間が不明
の場合には、蓄積時間を繰り返し可変しつつ毎フレーム
DW出力を監視し、変化が無くなったことによって飽和
と判断すればよい。このようにして検出された飽和レベ
ルの値は、例えばA/D変換器の最大入力レベルの設定
等に使用することができる。
A read signal from each pixel is taken into a digital process 108 via an A / D converter. The system controller 112 controls the digital process 10
8 and the output signal (D
The W output) is analyzed using the saturation level detection unit 112a, and the saturation level (= clipping level) is determined. If the accumulation time corresponding to the saturation level is unknown, the DW output for each frame may be monitored while repeatedly changing the accumulation time, and it may be determined that the saturation has occurred when there is no change. The value of the saturation level detected in this manner can be used, for example, for setting the maximum input level of the A / D converter.

【0033】次に、図6のフローチャートを参照して、
OFLの設定動作について説明する。
Next, referring to the flowchart of FIG.
The operation of setting the OFL will be described.

【0034】OFLの設定動作は、蓄積時間(ダミーホ
ワイト部への電流入力時間)を定電流iによって十分飽
和する時間に選んだ状態で行われる(上述のように毎フ
レームDW出力を監視することにより、結果として蓄積
時間を決定する場合を含む)。まず、システムコントロ
ーラ112のオーバーフローレベル設定部112bは、
VSUB可変設定回路106aを用いてVSUB電圧を
適当な初期値(例えば0)に初期設定する(ステップS
11)。そして、CCD撮像素子105からの画素電荷
の信号読み出しを繰り返し実行する。各画素からの読み
出し信号はA/D変換器を介してディジタルプロセス1
08に取り込まれる。
The operation of setting the OFL is performed in a state in which the accumulation time (current input time to the dummy white portion) is selected to be a time that is sufficiently saturated by the constant current i (as described above, the DW output is monitored every frame). , Thereby determining the accumulation time as a result). First, the overflow level setting unit 112b of the system controller 112
The VSUB voltage is initialized to an appropriate initial value (for example, 0) by using the VSUB variable setting circuit 106a (step S).
11). Then, the signal reading of the pixel charges from the CCD image pickup device 105 is repeatedly executed. The readout signal from each pixel is sent to the digital process 1 via the A / D converter.
08.

【0035】オーバーフローレベル設定部112bは、
ダミーホワイト部に隣接するOB領域の1ライン分の信
号(OB出力)を毎フレーム監視し、OB出力に対する
ダミーホワイト部からのブルーミングの影響の有無を調
べる(ステップS12)。当初はVSUB電圧は低く、
これによりオバーフローレベルは高く設定されているの
で、OBには有意の出力がある(ステップS12のN
O)。この場合、オーバーフローレベル設定部112b
は、VSUB可変設定回路106aを用いてVSUB電
圧を適当な分解能の単位で増加させることにより、オー
バーフローレベルを徐々に下げる(ステップS13)。
VSUBの増加に伴いオーバーフローレベルが低下し、
これに伴い隣接OB出力が低下する。隣接OB出力が0
になった時点で(ステップS12のYES)、調整完了
とし、その時のVSUBの値をEEPROM118に書
き込み終了する(ステップS14)。
The overflow level setting unit 112b
The signal (OB output) for one line in the OB area adjacent to the dummy white portion is monitored every frame, and it is checked whether the OB output is affected by blooming from the dummy white portion (step S12). Initially, the VSUB voltage is low,
As a result, the overflow level is set high, so that OB has a significant output (N in step S12).
O). In this case, the overflow level setting unit 112b
Uses the VSUB variable setting circuit 106a to gradually decrease the overflow level by increasing the VSUB voltage in an appropriate resolution unit (step S13).
As VSUB increases, the overflow level decreases,
As a result, the adjacent OB output decreases. The adjacent OB output is 0
Is reached (YES in step S12), the adjustment is completed, and the value of VSUB at that time is written into the EEPROM 118, and the process is terminated (step S14).

【0036】以降の本撮像時には、EEPROM118
に記憶値を用いてVSUB値の設定つまりオーバーフロ
ーレベルの設定が行われ、その状態でシャッタトリガに
同期した撮像動作が実行されることになる。
At the time of the subsequent main image pickup, the EEPROM 118
The setting of the VSUB value, that is, the setting of the overflow level, is performed by using the stored value in the step (1), and in this state, the imaging operation synchronized with the shutter trigger is executed.

【0037】なお、上述の飽和レベルの検出動作及びO
FL設定動作は本デジタルカメラの自己診断機能として
組み込まれているものである。また、本例では、飽和レ
ベルの検出動作及びOFL設定動作についてのみ説明し
たが、ダミーホワイト部からの信号を用いることによ
り、撮像素子の様々な特性測定を実現することができ
る。さらに、本実施形態のCCD撮像素子105の構造
およびそのOFL設定動作等の制御はデジタルスチルカ
メラに限らず、デジタルビデオカメラ(ムービー)にも
適用することができる。
Note that the above-described operation of detecting the saturation level and O
The FL setting operation is incorporated as a self-diagnosis function of the digital camera. Further, in this example, only the operation of detecting the saturation level and the operation of setting the OFL have been described. However, various characteristics of the image sensor can be measured by using a signal from the dummy white portion. Furthermore, the control of the structure of the CCD image sensor 105 and the OFL setting operation thereof of the present embodiment can be applied not only to a digital still camera but also to a digital video camera (movie).

【0038】また、本発明は、上記実施形態に限定され
るものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範
囲で種々に変形することが可能である。更に、上記実施
形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される
複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の
発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構
成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解
決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明
の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、
この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得
る。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be variously modified at the stage of implementation without departing from the scope of the invention. Further, the embodiments include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements. For example, even if some components are deleted from all the components shown in the embodiment, the problem described in the column of the problem to be solved by the invention can be solved, and the effects described in the column of the effect of the invention can be solved. If you get
A configuration from which this configuration requirement is deleted can be extracted as an invention.

【0039】[0039]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光入力を必要とせず各種特性が容易に評価できるように
なり、従って例えば光学系のフレアの影響による誤判定
のおそれも無く撮像装置単体でのブルーミング特性測定
等を行なうことが可能となる。
As described above, according to the present invention,
Various characteristics can be easily evaluated without the need for optical input. Therefore, it is possible to perform blooming characteristic measurement or the like with the imaging apparatus alone without, for example, erroneous determination due to the influence of flare of the optical system.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施形態に係る撮像装置の構成を示
すブロック図。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an imaging device according to an embodiment of the present invention.

【図2】同実施形態で使用される固体撮像素子の構造を
模式的に示す図。
FIG. 2 is a diagram schematically showing a structure of a solid-state imaging device used in the embodiment.

【図3】同実施形態で使用される固体撮像素子の断面構
造を示す図。
FIG. 3 is an exemplary view showing a cross-sectional structure of the solid-state imaging device used in the embodiment.

【図4】同実施形態で使用される固体撮像素子に設けら
れたダミーホワイト部と他の部分の画素部の構造を回路
図的に表現した図。
FIG. 4 is a circuit diagram showing a structure of a dummy white portion provided in the solid-state imaging device used in the embodiment and a pixel portion of another portion.

【図5】同実施形態で使用される固体撮像素子のダミー
ホワイト部に電流を流すための電流源回路の一例を示す
図。
FIG. 5 is a diagram showing an example of a current source circuit for flowing a current to a dummy white portion of the solid-state imaging device used in the embodiment.

【図6】同実施形態におけるオーバーフローレベル設定
動作を説明するフローチャート。
FIG. 6 is an exemplary flowchart illustrating an overflow level setting operation in the embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101…レンズ系 102…レンズ駆動機構 103…露出制御機構 104…フィルタ 105…CCDカラー撮像素子 106…CCDドライバ 106a…VSUB可変設定回路 107…プリプロセス部 108…デジタルプロセス部 109…カードインターフェース 110…メモリカード 111…LCD画像表示系 112…システムコントローラ(CPU) 112a…飽和レベル検出部 112b…オーバーフローレベル設定部 118…不揮発性メモリ(EEPROM) IS…定電流源 DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Lens system 102 ... Lens drive mechanism 103 ... Exposure control mechanism 104 ... Filter 105 ... CCD color image sensor 106 ... CCD driver 106a ... VSUB variable setting circuit 107 ... Preprocessing unit 108 ... Digital processing unit 109 ... Card interface 110 ... Memory Card 111 LCD image display system 112 System controller (CPU) 112a Saturation level detection unit 112b Overflow level setting unit 118 Nonvolatile memory (EEPROM) IS IS constant current source

フロントページの続き (72)発明者 木島 貴行 東京都渋谷区幡ヶ谷2丁目43番2号 オリ ンパス光学工業株式会社内 Fターム(参考) 4M118 AA05 AB01 BA13 CA04 DA03 DD09 FA06 FA13 FA26 FA33 GB09 5C024 CX12 CX32 GY24 GZ39 Continued on the front page (72) Inventor Takayuki Kijima 2-43-2 Hatagaya, Shibuya-ku, Tokyo F-term in Olympus Optical Industry Co., Ltd. (reference) 4M118 AA05 AB01 BA13 CA04 DA03 DD09 FA06 FA13 FA26 FA33 GB09 5C024 CX12 CX32 GY24 GZ39

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】被写体像を光電変換するための光電変換領
域における画素として構成された電荷蓄積部を2次元に
配列した2次元画素配列と、前記2次元画素配列に蓄積
された電荷を読み出す撮像信号読み出し手段と、前記2
次元画素配列のうち少なくとも一部に割り当てられた画
素部であって、当該画素の電荷蓄積部に光電荷入力が無
い状態においても有意の電荷を入力する電流源手段を有
したダミーホワイト部とを具備することを特徴とする固
体撮像素子。
1. A two-dimensional pixel array in which a charge storage section configured as a pixel in a photoelectric conversion region for photoelectrically converting a subject image is two-dimensionally arranged, and an image pickup for reading out charges stored in the two-dimensional pixel array. Signal reading means;
A pixel portion assigned to at least a part of the two-dimensional pixel array, and a dummy white portion having current source means for inputting a significant charge even when there is no photocharge input to the charge accumulation portion of the pixel. A solid-state imaging device comprising:
【請求項2】前記2次元画素配列内にはオプティカルブ
ラックOB(光学的黒)領域が設けられており、 前記ダミーホワイト部は、前記2次元画素配列内のオプ
ティカルブラックOB(光学的黒)領域に隣接して設け
られていることを特徴とする請求項1記載の固体撮像素
子。
2. An optical black OB (optical black) area is provided in the two-dimensional pixel array, and the dummy white portion is provided in an optical black OB (optical black) area in the two-dimensional pixel array. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the solid-state imaging device is provided adjacent to.
【請求項3】前記ダミーホワイト部は、前記2次元画素
配列の端部に設けられていることを特徴とする請求項1
記載の固体撮像素子。
3. The device according to claim 1, wherein the dummy white portion is provided at an end of the two-dimensional pixel array.
20. The solid-state imaging device according to claim 20.
【請求項4】請求項1乃至3のいずれか1項記載の固体
撮像素子を備え、前記固体撮像素子を用いて被写体像の
撮像を行なう撮像装置であって、 前記固体撮像素子の前記ダミーホワイト部からの出力信
号に基づいて、前記固体撮像素子の光電変換領域の飽和
レベルを検出する飽和レベル検出手段を具備することを
特徴とする撮像装置。
4. An imaging apparatus comprising the solid-state imaging device according to claim 1, wherein said solid-state imaging device captures an image of a subject. An imaging apparatus comprising: a saturation level detecting unit configured to detect a saturation level of a photoelectric conversion region of the solid-state imaging device based on an output signal from the unit.
【請求項5】請求項2記載の固体撮像素子を備え、前記
固体撮像素子を用いて被写体像の撮像を行なう撮像装置
であって、 前記ダミーホワイト部に隣接するオプティカルブラック
OB(光学的黒)領域からの出力信号に基づいて、前記
固体撮像素子のオーバーフローレベルを設定する手段を
具備することを特徴とする撮像装置。
5. An image pickup apparatus comprising the solid-state image pickup device according to claim 2, wherein an image of a subject is picked up using said solid-state image pickup device, wherein an optical black OB (optical black) adjacent to said dummy white portion is provided. An imaging apparatus comprising: means for setting an overflow level of the solid-state imaging device based on an output signal from a region.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2006105688A (en) * 2004-10-01 2006-04-20 Denso Corp Radar apparatus for vehicle
JP2008236648A (en) * 2007-03-23 2008-10-02 Canon Inc Imaging apparatus and its driving method
JP2014179701A (en) * 2013-03-13 2014-09-25 Railway Technical Research Institute Camera device, normality detection device, video display system, and normality detection method

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